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1.
黑河流域陆地水储量变化对流域下游等周边区域水资源的合理利用以及经济和社会发展等有着重要的意义.本文利用2003年1月至2013年12月的GRACE RL05数据反演了黑河流域陆地水储量长时间序列的变化,并针对重力场模型和数据处理中产生的信号泄漏问题,采用Forward-Modeling方法进行了改正并恢复泄漏信号;将GRACE获得的泄漏信号恢复前后的黑河流域水储量变化结果与全球水文模型GLDAS和CPC进行比较分析,结果表明泄漏信号改正后的结果与水文模型结果的时间序列相关性均有明显提高,从其空间分布结果可以看出Forward-Modeling方法有效地恢复初始信号、增强被湮没的信号,泄漏信号误差减小;通过分析黑河流域水储量变化的长时间序列结果,发现其具有明显的阶段性变化特征,即2003—2006年呈明显下降趋势,约为-0.86cm·a-1,在2007—2010年趋于平衡状态,而2011—2013年则呈现缓慢上升趋势约为0.14cm·a-1;联合GRACE数据和GLDAS数据反演了黑河流域地下水储量变化,并与全球降雨数据GPCC进行了比较分析,两者相关性可达到0.88以上. 相似文献
2.
地下水储量的有效监测是实现区域水资源管理的重要依据,传统监测方法存在各自的局限性导致其实现较为困难.本文提供一种使用GRACE卫星重力数据与GLDAS水文模型数据反演得到安徽省区域地下水储量变化的方法.利用2002年4月-2017年6月不同机构GRACE卫星重力数据的综合解,经过DDK去相关光滑滤波与退卷积法分别消除或削弱南北条带误差、改正信号泄露反演得到安徽省陆地水储量变化,扣除由GLDAS水文模型数据获取的地表水储量变化,得到安徽省地下水储量变化时间序列,并结合国家统计局官方发布的安徽省地下水资源量进行初步验证分析.研究结果表明:安徽省地下水储量变化长期表现为波动下降趋势,其年变化率约为-5.35 mm·a-1,且呈现出自东南方向至西北方向逐次递减的显著空间差异;地下水储量表现出明显的季节性变化,夏季和冬季地下水储量呈现回升趋势,春季和秋季呈现出下降趋势.除去反演过程存在较大干扰因素的情况,反演结果与国家统计局官方数据的相关系数达到89.62％,因此本文反演得到的地下水储量变化的结果是相对可靠的. 相似文献
3.
本文采用最新的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)(RL05)数据,通过水文模型(Global Land Data Assimilation System,GLDAS与Climate Prediction Center,CPC)扣除土壤水及雪水的影响,利用Paulson提供的冰川模型结果扣除GIA(Glacial Isostatic Adjustment)的影响,采用尺度因子的方法减少数据处理过程中误差的影响,最终基于最小二乘计算方法得到2003—2013中国及周边地区长期性重力异常变化情况.结果发现青藏高原有较为明显的重力上升信号,我们认为该信号可能由印度板块俯冲欧亚板块导致青藏高原地壳增厚所引起.接着依据GPS观测结果和艾黎均衡假说构建了地壳形变模型并通过直立长方体模型予以正演模拟分析.以班公湖—怒江断裂带为界将青藏高原划分为南北两大区块,结果显示青藏高原重力异常大致以0.2μGal·a-1的速率在递增,小于GRACE得到的0.3±0.08μGal·a-1的增长速率(对应于地壳增厚速率约3mm·a-1),剩余未解释部分可能与湖水、冰川因素、冻土因素等有关.该结果对于认识青藏高原隆升动力学有一定参考意义. 相似文献
4.
本文利用CSR发布的GRACE RL06时变重力场模型,结合两种水文模式、卫星测高、降雨和蒸散等多源数据,从多个角度综合系统地分析维多利亚湖流域2003-01—2017-06的陆地水储量变化.比较了正向建模方法和单一尺度因子对泄漏误差的改正效果,经对比采用正向建模方法在此流域效果更好.基于多源数据得出以下三点与此前研究不同的结论:(1)GRACE RL06版本数据探测到流域内的水储量在2003-01—2017-06呈增加趋势,球谐位系数和Mascon产品得到的变化速率分别为14.9 mm·a^-1和16.7 mm·a^-1,观测误差小于RL05版本的结果,RL05版本低估了流域水储量的变化速率;(2)2013-01—2016-02期间GRACE和测高探测到湖泊水量增长,而水文模式探测到流域内水储量减少,推测这一现象由大坝蓄水造成;(3)受El Nino事件影响,2016-03—2017-06流域降雨减少,流域水储量减少,GRACE球谐位系数和Mascon探测到的变化速率分别为-100.3 mm·a^-1和-129.7 mm·a^-1.本文结果表明卫星观测数据可为在缺乏直接观测数据的情况下分析人类活动和自然变化对区域水储量的影响提供一种可行的途径,这也为研究我国湖泊流域水储量变化提供参考. 相似文献
5.
关中地区作为一带一路重要的工农业发达地区之一，开展针对该地区地下水储量变化的监测和分析工作对揭示地下水储量变化特征与经济社会发展具有重要现实意义.本文基于2003—2014年GRACE卫星重力场模型数据，采用组合滤波及单一尺度因子方法反演了关中地区陆地水储量变化，扣除GLDAS地表水平均结果，对关中地区地下水储量变化进行了监测分析.将陆地水储量变化与GLDAS进行相关性分析，将地下水储量变化与WGHM地下水模型及实测地下水位结果进行对比分析.研究结果表明：①关中地区陆地水变化与GLDAS模型结果具有较强的相关性，相关系数多数大于0.7，其中与模型平均结果的相关系数可达0.8.② 2003—2008年关中地区地下水呈正增长趋势，增加速率为0.25 cm·a-1，与同期实测数据变化趋势一致；但2003—2013年地下水存在长期亏损，亏损速率为-0.37 cm·a-1等效水高，这与同时期WGHM估算结果-0.35 cm·a-1十分吻合.③关中地区地下水存在明显的年变化特征，在2003—2014年期间地下水减少速率为-0.44 cm·a-1，与该地区降雨量有较好的一致性，在降雨偏少的2008、2012和2013年，地下水也显著减少. 相似文献
6.
在无真实观测值的情况下，本文利用广义三角帽方法评估了五种GRACE时变重力场模型（CSR、GFZ、GRGS、HUST发布的球谐系数解和JPL发布的Mascon解）反演中国大陆地区2003-2013年水储量变化的不确定性.研究结果表明，CSR、GFZ、JPL、HUST和GRGS反演月水储量变化不确定性的区域平均RMS分别为14.4 mm、26.3 mm、25.3 mm、26.6 mm和56.1 mm，其中GRGS的结果未恢复泄漏信号；在季和年尺度上，模型的不确定性均小于月尺度；扣除周期和趋势信号后，各模型反演结果更为一致.除长江流域外，CSR在13个流域的不确定性均小于其他模型，GRGS反演各流域水储量变化的不确定性通常较大，且可能高估了温带大陆性气候地区水储量的波动；CSR和JPL的不确定性受流域周边水文特征、气候类型、流域面积和形状的影响相对较小，不确定性变化范围分别为2.3~17.1 mm和5.6~22.5 mm，GFZ和HUST受影响较大，不确定性变化范围分别为5.5~35.1 mm和4.0~40.6 mm.本文的研究结果为GRACE产品不确定性评估提供了新的途径，为GRACE时变重力场模型的选取提供参考. 相似文献
7.
《地球物理学进展》2016,(1)
监测流域水储量的变化对研究流域水资源变化和水平衡具有重要意义,而GRACE重力卫星为流域尺度水储量变化的研究提供了新的手段.本文利用2003-2012年近十年来洞庭湖流域GRACE RL05时变重力场数据并结合30个气象站点的降水量数据,反演洞庭湖流域水储量时空变化特征及其与降水量之间的联系,并采取趋势分析法,揭示了该流域近10年来水储量变化趋势.结果表明:在空间上,洞庭湖流域水储量变化呈现总体从东北向西南递减格局.在时间上,水储量变化与降水量变化之间存在明显的季节性变化规律,两者变化过程基本一致,但水储量变化峰值出现滞后于降水量峰值一个月左右.近十年来洞庭湖流域水储量整体呈逐年上升趋势,平均每月上升0.5 mm,其中秋季增加幅度最大,为26.07 mm·a-1,全球变暖,降水量增加,导致该流域水储量变化增大. 相似文献
8.
局部Slepian函数是将局部区域内的地球物理信号转化为空间谱的一种方法,其可以保证在球面上局部范围内获得最优谱平滑解,非常适用于局部范围地球物理信号的研究.本文利用中国陆态网西南地区72个测站的连续GPS观测资料分析川云渝地区陆地水负荷形变特征,并基于Slepian函数方法解算60阶的空间谱基函数,结合弹性质量负荷理论研究了川云渝地区2011年至2015年陆地水储量变化的时空分布模式.针对Slepian函数的边界效应问题,本文使用GLDAS格网数据计算得到站点处垂直负荷位移时间序列,然后利用该位移数据来进行水储量变化恢复实验,结果表明当边界扩充为3°时能较好地恢复GLDAS模型输出的陆地水储量变化.通过对比区域内GPS、GRACE、GLDAS得到的等效水高以及降雨数据,发现季节性降水是陆地水变化的一个重要驱动因子,GPS反演结果与GRACE和GLDAS数据具有较强的空间一致性.云南地区周年变化要强于川渝地区,其中云南西部的山区陆地水变化最大,约为30 cm,最小为川北以及重庆地区仅为7 cm.相较于GPS反演结果,GRACE与GLDAS明显低估了陆地水储量的季节性变化,分别达到24%和47%.比较分析地区内平均等效水高时间序列的相位发现,GPS得到的陆地水变化与降雨数据一致性较好,而GRACE与GLDAS存在一到两个月左右的时延.同时GPS能较好的探测出2015年1月左右南方地区大范围的强降水,而GRACE与GLDAS并没有体现出该现象,说明GPS能更为灵敏地探测到局部地区陆地水的变化.在站点等效水高时间序列上,GPS与GRACE的相关性总体上要优于GPS与GLDAS,陆地水周年变化较大的云南和四川西部地区站点三种数据间相关性较好,而其他季节性信号不明显的地区则相关性较差.本文的研究表明运用GPS-Slepian方法能够独立地监测高时空分辨率的陆地水储量变化,是作为当前补充GRACE观测资料空缺期的有益尝试. 相似文献
9.
GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星计划为监测陆地水储量变化提供了有效技术手段.本文采用2003至2010年共计8年的GRACE月重力场模型反演中国西南区域陆地水储量变化,与GLDAS(Global Land Data Assimilation System)全球水文模型进行对比分析,其结果在时空分布上均符合较好,同时在2009年秋至2010年春该区域陆地水储量均呈现明显减少,与该时段云贵川三省的干旱事件相一致;比较分析了2009年秋至2010年春GRACE反演陆地水储量变化与TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)合成数据计算的月降雨量的时空分布,两组结果均与西南干旱事件对应时段与区域十分吻合;对近8年的陆地水储量变化与月降雨量数据进行相关性分析,其结果表明陆地水储量变化与降雨量强相关,即降雨量是导致陆地水储量变化的主要因素;分析该区域地表温度变化,结果显示2009年9月至2010年3月地表温度均比历史同期高,地表温度的升高加剧了陆地水储量的减少. 相似文献
10.
近年来极端气候事件的频发对全球和区域性水循环产生了重大影响,特别是2005—2017年间两次强ENSO(El Nino-Southern Oscillation)事件使得全球陆地水储量出现了较大的年际波动.GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星随着数据质量的提高、后处理方法的完善和超过十年的连续观测,捕捉陆地水储量异常的能力明显提高,这为研究2005—2017年间两次强ENSO事件对中国区域陆地水储量变化的影响提供了观测基础.本文综合利用GRACE卫星重力数据、GLDAS水文模型和实测降水资料分析了中国区域陆地水储量年际变化和与ENSO的关系.研究发现:长江流域中、下游地区和东南诸河流域与ENSO存在较高的相关性,与ENSO的相关系数最大值分别为0.55、0.78、0.70,较ENSO分别滞后约7个月、5个月和5个月.其中长江流域下游地区与ENSO的相关性最强,2010/11 La Nina和2015/16 El Nino两次强ENSO事件使得陆地水储量分别发生了约-24.1亿吨和27.9亿吨的波动.在2010/11 La Nina期间,长江流域下游地区和东南诸河流域陆地水储量异常约在2011年4—5月达到谷值,而长江流域中游地区晚1~2月达到谷值.在2015/16 El Nino期间,长江流域中、下游地区和东南诸河流域陆地水储量从2015年9月到2016年7月持续出现正异常信号.其中,2015年秋冬季(2015年9月至2016年1月)陆地水储量异常明显是受此次El Nino同期影响的结果;2016年春季(4—5月)陆地水异常是受到此次厄尔尼诺峰值的滞后影响所致;2016年7月的陆地水储量异常则与西北太平洋存在的异常反气旋环流有关. 相似文献
11.
12.
Wiener optimal filtering of GRACE data 总被引：4，自引：0，他引：4
We present a spatial averaging method for Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) gravity-field solutions based on
the Wiener optimal filtering.
The optimal filter is designed from the least-square minimization of the difference between the desired and filtered signals.
It requires information about the power spectra of the desired gravitational signal and the contaminating noise, which is
inferred from the average GRACE degree-power spectrum. We show that the signal decreases with increasing spherical harmonic
degree j with approximately j−b, where b = 1.5 for GRACE data investigations. This is termed the Second Kaula rule of thumb for temporal variations of the
Earth’s gravity field. The degree power of the noise increases, in the logarithmic scale, linearly with increasing j.
The Wiener optimal filter obtained for the signal model with b = 1.5 closely corresponds to a Gaussian filter with a spatial
half width of 4° (∼440 km). We find that the filtered GRACE gravity signal is relatively insensitive to the exponent b of
the signal model, which indicates the robustness of Wiener optimal filtering. This is demonstrated using the GFZ-GRACE gravity-field
solution for April 2004. 相似文献
13.
Satellite altimetry and GRACE observations carry both the signature of ocean tides and have in general complementary potential to resolve tidal constituents. It is therefore straightforward to perform a combined estimation of a global ocean tide model based on these two data sources. The present paper develops and applies a three step procedure for generating such a combined ocean tide model. First, the processing of multi-mission altimetry data is described along with the harmonic analysis applied to derive initially a pure empirical ocean tide model. Then the capability of GRACE to sense particular tidal constituents is elaborated and an approach to estimate tidal constituents from GRACE is outlined. In a third step a combination strategy with optimal stochastic data treatment is developed and applied to the altimetry-only tide model EOT08a and four years of GRACE observations, leading to the combined model EOT08ag. The differential contributions of GRACE to EOT08ag remain small and are mainly concentrated to the Arctic Ocean, an area with little or poor altimetry data. In comparison with other tide models, EOT08ag is validated by K-band range residuals, the impact on gravity field modelling and on precise orbit determination and by variance reduction of crossover differences. None of these comparison exhibits a significant improvement over the altimetry-only tide model except for a few areas above 60°N. Overall the improvements of the combination remain small and appear to stay below the current GRACE baseline accuracy. 相似文献
14.
The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) has been measuring temporal and spatial variations of mass redistribution within the Earth system since 2002. As large earthquakes cause significant mass changes on and under the Earth’s surface, GRACE provides a new means from space to observe mass redistribution due to earthquake deformations. GRACE serves as a good complement to other earthquake measurements because of its extensive spatial coverage and being free from terrestrial restriction. During its over 10 years mission, GRACE has successfully detected seismic gravitational changes of several giant earthquakes, which include the 2004 Sumatra–Andaman earthquake, 2010 Maule (Chile) earthquake, and 2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquake. In this review, we describe by examples how to process GRACE time-variable gravity data to retrieve seismic signals, and summarize the results of recent studies that apply GRACE observations to detect co- and post-seismic signals and constrain fault slip models and viscous lithospheric structures. We also discuss major problems and give an outlook in this field of GRACE application. 相似文献
15.
Hydrological Signals Observed by the GRACE Satellites 总被引：3，自引：1，他引：2
R. Schmidt F. Flechtner U. Meyer K.-H. Neumayer Ch. Dahle R. König J. Kusche 《Surveys in Geophysics》2008,29(4-5):319-334
16.
Mohammad J. Tourian Johannes Riegger Nico Sneeuw Balaji Devaraju 《Studia Geophysica et Geodaetica》2011,55(4):627-640
Gravity measurements within the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) provide a direct measure of monthly changes
in mass over the Earth’s land masses. As such changes in mass mainly correspond to water storage changes, these measurements
allow to close the continental water balance on large spatial scales and on a monthly time scale within the respective error
bounds. When quantifying uncertainties, positive and negative peaks are detected in GRACE aggregated monthly time series (from
different data providers) that do not correspond to hydrological or hydro-meteorological signals. These peaks must be interpreted
as outliers, which carry the danger of signal degradation. In this paper an algorithm is developed to identify outliers and
replace them with hydrologically plausible values. The algorithm is based on a statistical approach in which hydrological
and hydro-meteorological signals are used to control the algorithm. The procedure of outlier detection is verified by evaluating
catchment based aggregated GRACE monthly signals with ground truth from hydrology and hydro-meteorological signals. The results
show improvement in the correlation of GRACE versus hydrometeorological and hydrological signals in most catchments. Also,
the noise level is significantly reduced over 255 largest catchments. 相似文献
17.
Improvement of Global Hydrological Models Using GRACE Data 总被引：2，自引：0，他引：2
Andreas Güntner 《Surveys in Geophysics》2008,29(4-5):375-397
After about 6 years of GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite mission operation, an unprecedented global data set on the spatio-temporal variations of the Earth’s water storage is available. The data allow for a better understanding of the water cycle at the global scale and for large river basins. This review summarizes the experiences that have been made when comparing GRACE data with simulation results of global hydrological models and it points out the prerequisites and perspectives for model improvements by combination with GRACE data. When evaluated qualitatively at the global scale, water storage variations on the continents from GRACE agreed reasonably well with model predictions in terms of their general seasonal dynamics and continental-scale spatial patterns. Differences in amplitudes and phases of water storage dynamics revealed in more detailed analyses were mainly attributed to deficiencies in the meteorological model forcing data, to missing water storage compartments in the model, but also to limitations and errors of the GRACE data. Studies that transformed previously identified model deficiencies into adequate modifications of the model structure or parameters are still rare. Prerequisites for a comprehensive improvement of large-scale hydrological models are in particular the consistency of GRACE observation and model variables in terms of filtering, reliable error estimates, and a full assessment of the water balance. Using improvements in GRACE processing techniques, complementary observation data, multi-model evaluations and advanced methods of multi-objective calibration and data assimilation, considerable progress in large-scale hydrological modelling by integration of GRACE data can be expected. 相似文献
18.
P. Novák 《Studia Geophysica et Geodaetica》2007,51(3):351-367
Satellite missions CHAMP and GRACE dedicated to global mapping of the Earth’s gravity field yield accurate satellite-to-satellite
tracking (SST) data used for recovery of global geopotential models usually in a form of a finite set of Stokes’s coefficients.
The US-German Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) yields SST data in both the high-low and low-low mode. Observed
satellite positions and changes in the intersatellite range can be inverted through the Newtonian equation of motion into
values of the unknown geopotential. The geopotential is usually approximated in observation equations by a truncated harmonic
series with unknown coefficients. An alternative approach based on integral inversion of the SST data of type GRACE into discrete
values of the geopotential at a geocentric sphere is discussed in this article. In this approach, observation equations have
a form of Green’s surface integrals with scalar-valued integral kernels. Despite their higher complexity, the kernel functions
exhibit features typical for other integral kernels used in geodesy for inversion of gravity field data. The two approaches
are discussed and compared based on their relative advantages and intended applications. The combination of heterogeneous
gravity data through integral equations is also outlined in the article.
panovak@kma.zcu.cz 相似文献
19.
利用GRACE月尺度变化的地球重力场反演了全球水储量变化,并与陆地水文资料、卫星测高资料及海洋模式得到的结果进行了比对.通过对SOURE台站重力变化的陆地水储量变化计算结果和GRACE重力场系数截断为15阶得到的结果比较,发现两者比较接近,且年周期变化特征明显.对于亚马逊流域,当重力场系数截断为15阶且平滑半径使用106 m时,GRACE反演的区域平均水储量厚度的周年变化振幅为15.6×10-2m,小于使用平滑半径为4×105m的23.7×10-2m.在研究长江流域时,本文对水文资料做球谐系数展开,并与GRACE数据做同样的截断和平滑处理,结果发现GRACE反演的水厚度变化与水文资料结果基本上符合.对于纬度±66°之间的海洋区域,GRACE反演的海水质量变化接近于结合卫星测高和海洋模式得到的结果,但对于2°×2°网格,则在一些区域差异明显,最大超过了0.2 m,中误差为3.8×10-2m.可见,当前GRACE卫星时变重力场只能确定出上千公里及以上尺度区域的水储量变化. 相似文献
20.
本文基于短弧长法开发了一套由低轨卫星数据解算重力场的系统ANGELS（ANalyst of Gravity Estimation with Low-orbit Satellites）,成功用GRACE Level1B数据解算出全球时变重力场模型（第一版IGG-CAS系列模型）,并与国际三大知名重力卫星相关研究机构：美国德克萨斯大学空间中心CSR （Center for Space Research）、德国GFZ地学研究中心（GeoForschungsZentrum）和美国宇航局JPL喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）发布的全球时变重力场模型（RL05模型）进行了详细的比较分析.通过每阶大地水准面差距的对比结果表明,IGG-CAS模型的精度接近RL05模型的精度.对以上四家机构在2004-2010年的时变重力场模型经过相同的去条带和高斯滤波处理,可以发现四家GRACE反演陆地水时变信号的空间分布十分接近,在长江流域反演的陆地水时变信号,两两之间的相关系数均大于0.8.通过反演撒哈拉沙漠干旱地区的时变信号来评估反演的精度水平,IGG-CAS、CSR-RL05、GFZ-RL05和JPL-RL05反演结果的均方差分别为1.5 cm、1.1 cm、1.1 cm和1.2 cm等效水柱高.综合表明IGG-CAS时变重力场反演模型的精度接近于目前国外主要机构最新公布的时变重力场模型. 相似文献